Kütle ve Enerji Denklikleri: hızlı tekrar paketi

Formül kâğıtları, her konunun temel yöntem adımları ve 8 alıştırma sorusu; tam çözümler en sonda.

Yeni sorularDerse dön

Yazdırma penceresinde, bir kopyayı cihazınızda saklamak için “PDF olarak kaydet” seçeneğini seçin.

1Formüller ve yöntemler

Kütle denkliği

Kararlı hâl
giren = çıkan
Toplam denklik
ṁ1 + ṁ2 = ṁ3
Bileşen denkliği
ṁ1x1 + ṁ2x2 = ṁ3x3
Buharlaştırıcı
F·xF = P·xP, W = F − P

Enerji denkliği

Duyulur ısı
Q = ṁ·cp·ΔT
Gizli ısı
Q = ṁ·hfg
Karışma
ΣṁcpTin = ΣṁcpTout
Su
cp ≈ 4,18 kJ/(kg·K)

İdeal gaz yasası

İdeal gaz yasası
pV = nRT
Gaz sabiti
R = 8,314 J/(mol·K)
Birleşik gaz yasası
p1V1/T1 = p2V2/T2
Mol
n = m/M
Sıcaklık
T[K] = T[°C] + 273,15

Stokiyometri

Mol
n = m/M
Konsantrasyon
c = n/V
Mol oranı
denkleştirilmiş denklemin katsayılarını kullanın
Sınırlayıcı reaktan
ilk tükenen
Yüzde verim
gerçek / teorik × 100%

Yöntem

  1. Kimyasal denklemi yazın ve denkleştirin.
  2. Verilen kütleyi mole çevirin: n = m/M.
  3. İstediğiniz maddenin mol sayısını bulmak için katsayıları mol oranı olarak kullanın.
  4. m = n·M ile kütleye geri çevirin. İki reaktan varsa önce sınırlayıcı reaktanı bulun.

2Alıştırma soruları

1.Kütle denkliğiOrta
KarıştırıcıAkım 1550 kg/h · 40% NaOHAkım 2ṁ₂ = ? · 5% NaOHÜrün10% NaOH

Karışım ürünü %10 NaOH içersin diye akım 1’e saatte ne kadar akım 2 eklenmeli? ṁ2 değerini bulun.

ṁ1 = 550 kg/hx1 = 40 %x2 = 5 %x3 = 10 %
ṁ2 = kg/h
2.Kütle denkliğiZor
BuharlaştırıcıBesleme F4600 kg/h · 9% NaOHÜrün P55% NaOHBuhar W (saf su)W = ? kg/h

Bir buharlaştırıcı saf su buharlaştırarak bir NaOH çözeltisini deriştiriyor. buharlaşan su W değerini kg/h cinsinden bulun.

F = 4600 kg/hxF = 9 %xP = 55 %
W = kg/h
3.Enerji denkliğiOrta
sıcak tarafsoğuk tarafetanol · 150 °C100 °Csu · 20 °Ct = ? °C

Sıcak etanol, ısı kaybı olmayan ters akışlı bir ısı değiştiricide suyu soğutuyor. Suyun çıkış sıcaklığı tout değerini bulun.

ṁh = 3 kg/scp,h = 2,44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 100 °Cṁc = 1,5 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 20 °C
tout = °C
4.Enerji denkliğiZor
sıcak tarafsoğuk tarafetanol · 150 °C80 °Csu · 25 °C70 °C · ṁ = ?%5 kayıp

Sıcak etanol, sıcak akımın verdiği ısının %5’ini çevreye kaybeden bir değiştiricide suyu ısıtıyor. Gereken su debisi ṁc değerini bulun.

ṁh = 1,5 kg/scp,h = 2,44 kJ/(kg·K)Th: 150 → 80 °Ct: 25 → 70 °Ccp,c = 4,18 kJ/(kg·K)kayıp = %5
ṁc = kg/s
5.İdeal gaz yasasıOrta
40 g ArP = 200 kPaT = 20 °CV = ?

40 g Ar, 200 kPa ve 20 °C koşullarında hangi hacmi V kaplar? İdeal gaz kabul edin.

m = 40 gM = 39,95 g/molP = 200 kPaT = 20 °CR = 8,314 J/(mol·K)
V = L
6.İdeal gaz yasasıZor
Durum 1Durum 2

Sabit miktarda CO₂, 200 kPa, 2 L, 25 °C durumundan 150 kPa ve 100 °C durumuna geçiyor. Yeni hacim V2 değerini bulun.

P1 = 200 kPaV1 = 2 LT1 = 25 °CP2 = 150 kPaT2 = 100 °C
V2 = L
7.StokiyometriOrta
m(X)n(X)n(NH3​)m(NH3​)÷ M(X)× 2/ν× M(NH3​)

24 g N2 ve 8 g H2, N2 + 3H2 → 2NH3 denklemine göre tepkimeye giriyor. En fazla ne kadar kütle m NH3 oluşabilir?

M(N2) = 28,02M(H2) = 2,016M(NH3) = 17,03 g/mol
m = g
8.StokiyometriZor
m(C3​H8​)n(C3​H8​)n(CO2​)m(CO2​)÷ M(C3​H8​)× 3/1× M(CO2​)

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O tepkimesinde 12 g C3H8 tamamen tepkimeye giriyor (diğer reaktanlar fazla) ve 25,15 g CO2 toplanıyor. Yüzde verim Y'i bulun.

M(C3H8) = 44,1 g/molM(CO2) = 44,01 g/molgerçek: 25,15 g
Y = %

3Çözeltiler

1.Kütle denkliği

Cevap: ṁ2 = 3300 kg/h

Kararlı hal kütle denkliği: toplam ve her bileşen için giren = çıkan. Karıştırma problemleri ikisini birleştirir.

Denklikler

Total: ṁ3 = ṁ1 + ṁ2
NaOH: ṁ1x1 + ṁ2x2 = (ṁ1 + ṁ2)x3

ṁ2 için çözün

ṁ2 = ṁ1(x1 − x3)/(x3 − x2) = 550·(40 − 10)/(10 − 5) = 3300 kg/h

Cevap

ṁ2 = 3300 kg/h
2.Kütle denkliği

Cevap: W = 3847 kg/h

Bağlayıcı bileşen: tek bir akımda değişmeden geçen bileşen (burada çözünen) debileri doğrudan bağlar. Gerisini toplam denklik verir.

Çözünen denkliği

F·xF = P·xP → P = 4600·9/55 = 752,7 kg/h

Toplam denklik

W = F − P = 4600 − 752,7 = 3847 kg/h

Cevap

W = 3847 kg/h
3.Enerji denkliği

Cevap: tout = 78,37 °C

Değiştirici enerji denkliği: kayıp yokken ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Sıcak akımın verdiği ısı

Q = 3·2,44·(150 − 100) = 366 kW

Suyun aldığı ısı

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 20 + 366/(1,5·4,18) = 78,37 °C

Cevap

tout = 78,37 °C
4.Enerji denkliği

Cevap: ṁc = 1,294 kg/s

Kayıplı enerji denkliği: verilen ısı = alınan ısı + kaybedilen ısı.

Verilen ısı

Qh = 1,5·2,44·(150 − 80) = 256,2 kW

Suya ulaşan ısı

Qc = (1 − 0,05)·256,2 = 243,4 kW

Su debisi

ṁc = Qc/(cp,c·Δt) = 243,4/(4,18·45) = 1,294 kg/s

Cevap

ṁc = 1,294 kg/s
5.İdeal gaz yasası

Cevap: V = 12,2 L

İdeal gaz yasası: PV = nRT, n = m/M ile.

Mol

n = 40/39,95 = 1,001 mol
T = 20 + 273,15 = 293,1 K

Hacim

V = nRT/P = 1,001·8,314·293,1/200 = 12,2 L

Cevap

V = 12,2 L
6.İdeal gaz yasası

Cevap: V2 = 3,337 L

Birleşik gaz yasası: sabit miktarda ideal gaz için P1V1/T1 = P2V2/T2.

Mutlak sıcaklıklar

T1 = 298,1 K, T2 = 373,1 K

Birleşik gaz yasası

V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 2·(200/150)·(373,1/298,1) = 3,337 L

Cevap

V2 = 3,337 L
7.Stokiyometri

Cevap: m = 29,17 g

Stokiyometri: denkleştirilmiş denklem gramları değil tanecikleri sayar. Kütleyi n = m/M ile mole çevirin, denklemin katsayılarını mol oranı olarak kullanın, sonra m = n·M ile geri çevirin. İki reaktan varsa sınırlayıcı reaktan önce tükenen ve ürün miktarını belirleyen reaktandır.

Her reaktanın mol sayısı

n(N2) = 24/28,02 = 0,8565 mol
n(H2) = 8/2,016 = 3,968 mol

Sınırlayıcı reaktan

0,8565/1 = 0,8565, 3,968/3 = 1,323 → N2

Ürünün kütlesi

n(NH3) = 0,8565·2 = 1,713 mol
m = 1,713·17,03 = 29,17 g

Cevap

m = 29,17 g
8.Stokiyometri

Cevap: Y = 70 %

Stokiyometri: denkleştirilmiş denklem gramları değil tanecikleri sayar. Kütleyi n = m/M ile mole çevirin, denklemin katsayılarını mol oranı olarak kullanın, sonra m = n·M ile geri çevirin. İki reaktan varsa sınırlayıcı reaktan önce tükenen ve ürün miktarını belirleyen reaktandır.

Teorik verim

n(C3H8) = 12/44,1 = 0,2721 mol
m = 0,2721·3/1·44,01 = 35,93 g

Yüzde verim

Y = 25,15/35,93·100 = 70%

Cevap

Y = 70%

ExamProblems · examproblems.com/courses/material-and-energy-balances